-
Die vorliegende Erfindung betrifft eine Vorrichtung in Bezug auf einen Antriebsstrang zum Betreiben von drehzahlvariablen Arbeitsmaschinen mit insbesondere steigender Leistungskennlinie, wie beispielsweise mit einer steigenden oder parabolisch verlaufenden Leistungskennlinie, wie diese beispielsweise von Pumpen und Kompressoren mit einem drehzahlvariablen Getriebe in der Ausprägung eines Überlagerungsgetriebes, mit einem Eingangszweig mit einem Antrieb als Motoren oder Turbinen, wie Dampf- und Gasturbinen, und einer Feststellung im Eingangszweig, mit einem Regelzweig mit Regelmaschine und Frequenzumrichter und mit einem Ausgangszweig mit Arbeitsmaschine bekannt ist. Die Erfindung betrifft ferner eine Vorrichtung, insbesondere einen Antriebsstrang einer solchen oder für eine solche Anlage sowie ein entsprechendes Verfahren.
-
Herkömmliche aus dem Stand der Technik bekannte Vorrichtungen zum Betreiben von drehzahlvariablen Arbeitsmaschinen in der Leistungskategorie von mehreren Megawatt und in einem Drehzahlbereich oberhalb 3000 Umdrehungen pro Minute umfassen beispielsweise drehzahlvariable Antriebe in der Ausgestaltung von drehzahlvariablen Turbinen, konstant laufenden Drehstrommotoren mit Getrieberegelkupplungen oder mit einem Überlagerungsgetriebe mit einem hydrodynamischen Wandler und auch drehzahlvariable Drehstrommotoren mit zumindest einem Frequenzumrichter und hochübersetzenden Getrieben in den unterschiedlichsten Ausgestaltungen. Solche drehzahlvariablen Arbeitsmaschinen können Pumpen in Kraftwerken, auch als Kesselspeisepumpen bekannt, oder Kompressoren für Gaspipelines in einem Drehzahlbereich oberhalb von 3000 Umdrehungen pro Minute und mit einer Leistungsaufnahme von mehreren Megawatt, beispielsweise von 5 bis 35 MW oder mehr sein.
-
Ein wesentlicher Nachteil von derartigen drehzahlvariablen Turbinen, Getrieberegelkupplungen und Überlagerungsgetrieben mit hydrodynamischem Wandler besteht darin, dass diese ein begrenztes Einsatzfeld in Bezug auf die Drehzahl-/Leistungsregelung mit starkem Wirkungsgradgefälle aufweisen.
-
Werden die verschiedenen Antriebsmöglichkeiten in der gesamten Wirkkette mit ihren Einzelverlusten der Anlagen verglichen, wie zum Beispiel in Kraftwerken, so liegen bei Turbinen im optimalen Betriebspunkt die höchsten Wirkungsgrade vor. Gerade bei großen Leistungen in einem geschlossen energetischen Kreislauf bei konstanten Lasten werden vorranging Turbinen eingesetzt. Jedoch fallen die Wirkungsgrade deutlich in den anderen Betriebsbereichen z.B. bei Teillasten ab.
-
Zum Start dieser Anlagen mit Turbinen müssen zusätzliche Starteinrichtungen implementiert werden, da der Energieträger der Turbine zu Beginn noch nicht vorliegt. Dies betrifft z.B. Kraftwerke, wo beim Start der Wasserdampf zum Betreiben der Dampfturbinen nicht vorrätig ist und zusätzliche Kesselspeisepumpen mit elektrischen Antrieben installiert werden müssen. Die Notwendigkeit für derartige zusätzliche Einrichtungen zieht einen erhöhten Investitionsbedarf nach sich.
-
Ausgehend davon liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, die Nachteile in Bezug auf den oben genannten Stand der Technik auszuräumen bzw. zu verringern und eine Vorrichtung und ein Verfahren eines Antriebsstranges zum Betreiben von drehzahlvariablen Arbeitsmaschinen bereitzustellen, bei denen der Antrieb im optimalen Betriebspunkt mit dem höchsten Wirkungsgrad betrieben werden kann, den vollen Betriebsbereich der Arbeitsmaschine gewährleistet und eine zusätzliche Starteinrichtung der Anlagen nicht erforderlich ist.
-
Die Aufgabe wird gelöst durch die Vorrichtung nach Anspruch 1 und deren abhängigen Ansprüchen und das Verfahren nach Anspruch 10 und deren abhängigen Ansprüchen. Vorteilhafte Weiterentwicklungen ergeben sich aus den weiteren abhängigen Ansprüchen, der Beschreibung und den Figuren.
-
Die Erfindung geht von einem Antriebstrang mit einem drehzahlvariablen Getriebe, mit einem drehzahlvariablen Antrieb als Hauptantrieb und einer drehzahlvariablen Arbeitsmaschine mit steigender Leitungsaufnahme aus.
-
Das drehzahlvariable Getriebe entspricht dem Aufbau eines Überlagerungsgetriebes mit einem Eingangszweig, einem Ausgangszweig und einem Regelzweig. Das drehzahlvariable Getriebe ermöglicht das Betreiben des Antriebs im optimalen Betriebspunkt. Durch die Bereitstellung einer drehzahlvariablen und leistungsvariablen Abtriebsleistung im Ausgangszweig auf Basis des optimalen Betriebspunktes des Antriebs wird gemäß der Erfindung das Betreiben der Arbeitsmaschine in verschiedenen Betriebspunkten möglich.
-
Entsprechend Aufgabenstellung der Anlage kann der Antrieb und die Arbeitsmaschine im Bestpunkt mit dem höchsten Wirkungsgrad betrieben werden. Die Regelung der drehzahlvariablen Abtriebsleistung erfolgt durch den Regelzweig des drehzahlvariablen Getriebes. Durch die Festlegung von Drehzahl und Drehmoment im Regelzweig durch die Regelmaschine mit dem gekoppelten Frequenzumrichter werden Drehzahl-, und Momenteinschließlich Leistungsbedarf der Arbeitsmaschine geregelt und basieren diese auf dem optimalen Betriebspunkt des Antriebs mit definierten Drehzahl-, Moment- und deren Leistungsgrößen.
-
Die erfindungsmäßige Lösung des drehzahlvariablen Getriebes ermöglicht es, den gesamten Drehzahlbereich der Arbeitsmaschine abzudecken.
-
Der Drehzahlbereich bzw. der Hochlauf gliedert sich in fünf Betriebsmodi. In allen fünf Modi erfolgt die Drehzahlregelung der Arbeitsmaschine durch den Regelzweig des drehzahlvariablen Getriebes:
-
In einem ersten Modus erfolgt der Antrieb durch die Regelmaschinen in einem motorischen Bereich in dem Regelzweig. Hierbei ist der Antrieb durch eine Feststelleinrichtung bzw. eine Bremseinrichtung auf dem Antriebstrang des drehzahlvariablen Getriebes blockiert. Hierzu wird keine Energie für den Antrieb benötigt, so dass eine Starteinrichtung für die Anlage unter Nutzung der bestehenden Arbeitsmaschinen vorliegt.
-
In einem zweiten Modus erfolgt die Entsperrung der Feststelleinrichtung bzw. die Lösung der Bremseinrichtung und dadurch der Hochlauf des Antriebes auf den optimalen Betriebspunkt dieses Antriebes. Die Regelmaschine des Regelzweigs geht von dem motorischen in den generatorischen Betrieb beim Hochlauf des Antriebs mit Drehzahlnulldurchgang im Regelzweig über.
-
In einem dritten Modus wird auf Basis des optimalen Betriebspunktes des Antriebes (d.h. hoher Wirkungsgrad) die Regelmaschine in dem generatorischen Bereich des Regelzweigs betrieben.
-
In einem vierten Modus wird auf Basis des optimalen Betriebspunktes des Antriebes (d.h. hoher Wirkungsgrad) die Regelmaschine in dem motorischen Bereich des Regelzweigs betrieben.
-
Liegt Energie für den Antrieb vor, so kann in einem fünften Modus mit Hilfe der Drehzahlsteuerung des Antriebes und durch die Drehzahlregelung im Regelzweig des Überlagerungsgetriebes dieser Betriebsbereich der Arbeitsmaschine bei geöffneter Bremseinrichtung bzw. entsperrter Feststelleinrichtung betrieben werden. Der Modus grenzt an den dritten Modus an und überspannt den Betriebsbereich von dem ersten und zweiten Modus mit dem Unterschied, dass der Antrieb energetisch versorgt wird und die Regelmaschine des Regelzweigs in dem generatorischen Bereich betrieben wird.
-
Die erfindungsmäßige Lösung erlaubt die Ausgestaltung des Überlagerungsgetriebes mit einer Regelleistung kleiner als 30%, bevorzugt kleiner als 25% im Regelzweig bezogen auf die maximale erforderliche Leistung des Antriebsstrangs.
-
Die topologisch konstruktive Ausgestaltung des Überlagerungsgetriebes mit Eingangszweig, Ausgangzweig und Regelzweig als Innen- und Außengetriebe ist so gehalten, dass die Regelmaschine bzw. Regelmaschinen zunächst im motorischen Betrieb, dann bei Hochlauf des Antriebes vom motorischen zum generatorischen Betrieb mit Drehzahlnulldurchgang des Regelzweigs und anschließend dann bei optimalen Betriebspunkt des Antriebes vom generatorischen über den Drehzahlnulldurchgang des Regelzweigs zum motorischen Betrieb beim Hochlauf der Arbeitsmaschine geregelt wird bzw. werden. Entsprechend dem Betriebspunkt der Arbeitsmaschine liegt ein motorischer bzw. generatorischer Betrieb der Regelmaschine vor. Bei richtiger Wahl der Bauverhältnisse entsprechend der topologisch konstruktiven Ausgestaltung des Überlagerungsgetriebes wird somit ein Minimum an Drehzahlniveau im Regelzweig erreicht.
-
Diese erfindungsgemäße Ausgestaltung ermöglicht den Einsatz von Standardmotoren als Regelmaschine und Standardfrequenzumrichtern, ohne erhöhte Anforderungen an Moment und Grenzdrehzahl in Bezug auf diese Standardmotoren stellen zu müssen.
-
Der hier dargestellte Aufbau des erfindungsgemäßen Überlagerungsgetriebes ermöglicht einen kompakten Aufbau. In sämtlichen Betriebsbereichen ist die Arbeitsmaschine ideal zu betreiben. Ein modularer Aufbau insbesondere für die Regelmaschine bzw. Regelmaschinen und den Frequenzumrichter bzw. die Frequenzumrichter ist möglich, so dass mit vertretbarem Fertigungsaufwand verschiedene Leistungsbereiche angeboten werden können.
-
Weitere Merkmale und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus der Beschreibung der anhand der beiliegenden Zeichnungen dargestellten Ausführungsbeispiele. Es zeigen:
- 1 ein Layout in Bezug auf Antriebsstränge aus dem Stand der Technik mit Starteinrichtung;
- 2 ein Layout in Bezug auf Antriebsstränge aus dem Stand der Technik mit Starteinrichtung und Anpassgetriebe;
- 3 ein Layout des Antriebsstrangs mit einem drehzahlvariablen Getriebe des erfinderischen Antriebstrangs;
- 4 ein Layout in Bezug auf eine konstruktive Ausführung eines Überlagerungsgetriebes als Innengetriebe in einer Ausführungsform des erfindungsgemäßen Antriebsstrangs;
- 5 ein Layout in Bezug auf eine konstruktive Ausführung eines Überlagerungsgetriebes als Außengetriebe in einer Ausführungsform des erfindungsgemäßen Antriebsstrangs;
- 6 ein Drehzahl/Betriebspunkte - Diagramm des Betriebsbereichs und Hochlaufs mit den einzelnen Betriebsmodi des Antriebsstrangs der erfindungsgemäßen Lösung;
- 7 eine prinzipielle Turbinenkennlinie in Abhängigkeit von Drehzahl über Leistung, Wirkungsgrad und Drehmoment;
- 8 ein Layout der Antriebsstränge mit zwei Antrieben und zwei drehzahlvariablen Getrieben im Parallelbetrieb und Anpassgetrieben des erfinderischen Antriebstrangs; und
- 9 ein Layout der Antriebsstränge mit einem Antrieb und zwei drehzahlvariablen Getrieben im Parallelbetrieb und einem Anpassgetriebe des erfinderischen Antriebstrangs.
-
Die in 1 und 2 dargestellten Abbildungen betreffen den Stand der Technik wie z.B. in Kraftwerken mit zwei Antriebsträngen 1 in der Ausführungsform gemäß 1 mit einem Antrieb 2 und einer Arbeitsmaschine 3 und in der Ausführungsform gemäß 2 mit einem Antrieb 2, einem Anpassgetriebe 4 und einer Arbeitsmaschine 3. Beide Ausführungsformen erfordern eine Starteinrichtung 5 mit Antrieb 8 als Motor, Arbeitsmaschine 3 und Getriebe 7. Dieses Getriebe 7 kann ein Getriebe mit einem konstanten Übersetzungsverhältnis oder eine Getrieberegelkupplung oder ein Überlagerungsgetriebe mit hydrodynamischem Wandler mit variablem Übersetzungsverhältnis sein. Die Leistungsaufteilung der Hauptantriebstränge 1 ist dabei zu je 50% in Bezug auf die 100%igen Gesamtleistung aufgeteilt.
-
In der 3 ist die erfindungsgemäß ausgeführte Vorrichtung eines Antriebstrangs 1 mit einem Antrieb 2, einem Überlagerungsgetriebe 10 mit einem Eingangszweig 11, einem Ausgangszweig 12 und einem Regelzweig 13, bestehend jedoch aus Regelmaschine 14 und einem gekoppelten Frequenzumrichter 40 und einer am Ausgangszweig 12 gekoppelten Arbeitsmaschine 3, gezeigt.
-
In der 4 ist die erfindungsgemäß ausgeführte Vorrichtung eines Antriebstranges 1 mit einem Antrieb 2, einem Überlagerungsgetriebe 10 als Innengetriebe mit einem Eingangszweig 11 mit Außenrad 20, einem Ausgangszweig 12 mit Sonne 21, einem Regelzweig 13, bestehend aus einem Steg 22 und Planetenrädern, einer weiteren Getriebestufe 23 bzw. Getriebestufen, abgebildet, wobei zwei Regelmaschinen 14, die mit mindestens einem oder mehreren Frequenzumrichtern (nicht gezeigt) gekoppelt sein können, und eine am Ausgangszweig 12 gekoppelte Arbeitsmaschine 3 vorgesehen sind. Eine Feststellung des Eingangszweiges 11 wird durch eine Bremseinrichtung 19 im Eingangszweig 11 des Überlagerungsgetriebes 10 oder durch eine Feststelleinrichtung 18 oder Fixierung des Antriebes 3 realisiert.
-
In der 5 ist die erfindungsgemäß ausgeführte Vorrichtung eines Antriebstrangs mit einem Antrieb 2, einem Überlagerungsgetriebe 10 als Innengetriebe mit einem Eingangszweig 11 und mit einer Sonne 24, einem Ausgangszweig 12 und mit einer zweiten Sonne 21, einem Regelzweig 13, bestehend aus einem Steg 22 und Planetenrädern, einer weiteren Getriebestufe 23 bzw. Getriebestufen, abgebildet, wobei zwei Regelmaschinen 14, die mit mindestens einem oder mehreren Frequenzumrichtern (nicht gezeigt) gekoppelt sein können, und eine am Ausgangszweig 12 gekoppelte Arbeitsmaschine 3 vorgesehen sind. Eine Feststellung des Eingangszweiges 12 wird durch eine Bremseinrichtung 19 im Eingangszweig 11 des Überlagerungsgetriebes 10 oder durch eine Feststelleinrichtung 18 oder Fixierung des Antriebs 3 realisiert.
-
In der 6 ist das Drehzahl/Betriebspunkte - Diagramm über den gesamten Arbeitsbereich der Arbeitsmaschine 3 inklusive des Hochlaufs des Antriebsstranges 1 gemäß der erfindungsgemäßen Lösung mit der Drehzahl eines niedertourenden Antriebes 2 auf Eingangszweig 11 bzw. eines hochtourenden Antriebes 2 auf Eingangszweig 9 des Anpassgetriebs 4, des Regelzweigs 13 mit Steg und Ausgangszweig 12 zur Arbeitsmaschine 3 dargestellt. Dabei sind jeweils die Betriebsbereiche des ersten Modus 35 als motorisches Anfahren durch die Regelmaschinen 14 des Regelzweiges 13, des zweiten Modus 36 mit Hochlauf des Antriebes 2 bei einem motorischen und generatorischen Betrieb der Regelmaschinen 14 des Regelzweiges 13, des dritten Modus 37 mit einem generatorischen Betrieb der Regelmaschinen 14 des Regelzweiges 13 plus Leistungseinbringung des Antriebes 2, des vierten Modus 38 mit einem motorischen Betrieb der Regelmaschine 14 des Regelzweiges 13 plus Leistungseinbringung des Antriebes 2 und des fünften Modus 39 mit einem generatorischen Betrieb der Regelmaschine 14 des Regelzweiges 13 plus Leistungseinbringung des Antriebes 2 dargestellt.
-
In der 7 ist die prinzipielle Turbinenkennlinie in Abhängigkeit von Drehzahl 30 über Leistung 31, Wirkungsgrad 32 und Drehmoment 33 mit einem optimalen Betriebspunkt 34 wiedergegeben.
-
Die in der 8 gezeigte Ausführungsform weist zwei Antriebstränge 1 mit je einem Antrieb 2 auf. Der Antrieb 2 wird direkt mit dem Eingangszweig 9 über ein Anpassgetriebe 4 auf den Eingangszweig 11 des Überlagerungsgetriebes 10 verbunden. Die Arbeitsmaschine 3 ist mit dem Ausgangzweig 12 des Überlagerungsgetriebes 10 direkt verbunden. Das Überlagerungsgetriebe 10 wird über den Regelzweig 13 durch die Regelmaschinen 14 und die Frequenzumrichter 40 geregelt.
-
In der 9 ist eine Ausführungsform mit zwei Antriebsträngen 1 mit einem gemeinsamen Antrieb 2 abgebildet. Der Antrieb 2 wird direkt über ein Anpassgetriebe 4 mit dem Eingangszweig 9 auf den Eingangszweig 11 des jeweiligen Überlagerungsgetriebes 10 verbunden. Die Arbeitsmaschine 3 ist mit dem Ausgangzweig 12 des Überlagerungsgetriebes 10 direkt verbunden. Das Überlagerungsgetriebe 10 wird über den Regelzweig durch die Regelmaschinen 14 und die Frequenzumrichter 40 geregelt.
-
In der 4 ist das erfindungsgemäße ausgeführte Überlagerungsgetriebe 10 mit einer Feststellung zu erkennen. Die Feststellung kann über eine Bremseinrichtung 19 am Eingangszweig 11 des Überlagerungsgetriebes 10 bzw. durch eine Feststelleinrichtung 18 am Antrieb 2 oder durch eine Feststellung des Antriebes 2 selbst erfolgen. Im gesamten Betrieb der Arbeitsmaschine 3 ist bei energetischer Versorgung des Antriebes 2 die Feststellung des Eingangszweigs 11 bzw. des Antriebes 2 aufgehoben und nicht in Funktion.
-
In den 4 und 5 ist das erfindungsmäßig ausgeführte Überlagerungsgetriebe als Innen- und Außengetriebe mit der Abbindung des Regelzweiges 13 an den Steg 22 des Überlagerungsgetriebes, mit mehreren Regelmaschinen 20 und einer Getriebestufe 23 oder mehreren Getriebestufen dargestellt. Diese vorteilhafte Gestaltung ermöglicht den Einsatz von Standardmotoren üblicher Baugrößen, bewirkt eine Leistungsaufteilung im Regelzweig 13 durch mehrere Regelmaschinen 14 und Getriebestufen 23 und bewirkt einen Mehrfacheingriff 25 auf das Zahnrad des Steges 22 des Überlagerungsgetriebes 10 und führt zu einer vorteilhaften Auslegung dieser Zahnradpaarungen.
-
Die topologisch konstruktive Ausgestaltung des Überlagerungsgetriebes 10 ist gemäß der Erfindung und insbesondere als Innengetriebe gemäß 4 und als Außengetriebe gemäß 5 durch die konstruktive Anbindung des Regelzweigs 13 am Steg 22 so gestaltet, dass stets ein Drehzahlnulldurchgang des Regelzweigs 13 beim Hochlauf des Antriebes 2 und ein Drehzahlnulldurchgang des Regelzweiges 13 beim weiteren Hochlauf der Arbeitsmaschine 3 und beim Betreiben der Arbeitsmaschine 3 im Betriebsbereich vorliegt.
-
Bei optimaler Auslegung mit minimaler Regelleistung wird im unteren Teillastbereich im ersten Modus 35 die Arbeitsmaschine 3 durch die Regelmaschinen 14 ohne Leistungseinbringung des Antriebes 2 motorisch betrieben. Alle anderen Modi (zweiter bis fünfter Modus) beinhalten das Zusammenwirken der Leistungsflüsse von den Regelmaschinen 14 des Regelzweigs 13 und vom Antrieb 2.
-
In der 6 ist das Verfahren des Hochlaufs in den fünf verschiedenen Modi gemäß der Erfindung wiedergegeben:
-
Zunächst wird im ersten Modus 35 die Arbeitsmaschine 3 auf eine Drehzahl unterhalb von 50% der Betriebsdrehzahl durch motorisches Betreiben der Regelmaschinen 14 des Regelzweigs 13 bei Stillstand des Antriebes 2 und des Eingangszweiges 11 bzw. des Eingangszweiges 9 gebracht. Der Antrieb 2 wird energetisch noch nicht versorgt. Ein Anfahren der gesamten Anlage ist daher möglich. Dies trifft z.B. bei Antrieben mit Dampfturbinen bei Kesselspeisepumpen zu. Eine Kesselbefüllung und Betrieb des Kessels im unteren Bereich ist somit möglich, bis die erforderliche Dampfmenge für den Antrieb zur Verfügung steht. Eine zusätzliche Starteinrichtung 5 ist nicht erforderlich.
-
Bei ausreichender anstehender Energie für den Antrieb 2 erfolgt im zweiten Modus 36 der Hochlauf des Antriebes 2 auf die optimale Betriebsdrehzahl des Antriebes 2 bei gleichzeitigem Betrieb der Regelmaschinen 14 des Regelzweigs 13 von dem motorischen in den generatorischen Bereich. Die Feststellung wird durch die Feststellungeinrichtung 18 des Antriebes 2 oder der Bremseinrichtung 19 am Eingangszweig 11 des Überlagerungsgetriebes 10 verwirklicht. Der Einsatz von Turbinen insbesondere Dampfturbinen bedingt ein hohes Anfahrtsmoment, so dass in kürzester Zeit der Hochlauf des Antriebes gewährleistet ist. Die Arbeitsmaschine 3 wird in der vorliegenden Drehzahl am Ausgangszweig 12 durch die Regelmaschinen 14 eingeregelt. Eine Drehzahlerhöhung der Arbeitsmaschine 3 ist möglich und kann zur Absicherung des Überlagerungsgetriebes 10 genutzt werden.
-
Der dritte Modus 37 und der vierte Modus 38 stellt den eigentlichen Betriebsbereich der Arbeitsmaschine 3 dar und sollte je nach Applikation festgelegt werden. Der Drehzahlbereich der Arbeitsmaschine 3 mit Ausgangszweig 12 und des Regelzweiges 13 ist in der 6 dargestellt. So liegt ein Betriebsbereich bei kleiner als 50% bis 100% des gesamten Drehzahlbereiches für Antriebe von Kesselspeisepumpen in Kraftwerken vor. Die Regelmaschine 14 mit Regelzweig 13 wird in dem generatorischen und motorischen Bereich betrieben. Der Antrieb 2 einschließlich Eingangszweig 11 wird auf seine optimale Drehzahl mit dem besten Wirkungsgrad über den gesamten Betriebsbereich der Arbeitsmaschine 3 eingestellt. Ein drehzahlabhängiger Abfall des Wirkungsgrades des Antriebes 2 entfällt somit. Dies trifft besonders auf Turbinen zu, siehe bspw. 7, so dass Wirkungsgradverbesserungen im zweistelligen Bereich gegenüber dem Stand der Technik im Teillastgebiet vorliegen.
-
Hervorzuheben ist der generatorische Betrieb der Regelmaschinen 14 im dritten Modus 37 und im fünften Modus 39, was zu einer Energierückgewinnung und somit besseren Auslastung des Antriebs 2 besonders bei Turbinen im Teillastbereich führt. Somit kann in Kraftwerken die anliegende Dampfleistung gezielt energiegewinnend ohne zusätzliche Drosselungen abgeführt werden.
-
Der fünfte Modus 39 erfordert einen betriebsbereiten Antrieb 2. Die Regelung der Arbeitsmaschine 3 erfolgt durch Steuerung des Antriebs 2 am Eingangszweig 11 und der Regelung im Regelzweig 13 der Regelmaschine 14 im Überlagerungsgetriebe 10.
-
In den 8 und 9 sind gemäß der Erfindung Anlagenkonzepte zur besseren Anpassung der Leistungsgrößen zwischen Antrieb 2 und Überlagerungsgetriebe 10 bei sehr hohen Leistungen mit einem Anpassgetriebe mit einem festen Übersetzungsverhältnis dargestellt. Dabei realisiert der Ansatz gemäß 9 mit einem Antrieb 2 und einem Verteilergetriebe als Anpassgetriebe 4 eine besonders wirtschaftliche Lösung. Beide Anlagenkonzepte erfordern keine Startvorrichtung, da gemäß der Erfindung ein Teilhochlauf der Arbeitsmaschine 3 mit dem Überlagerungsgetriebe 10 mit Regelmaschinen 14 des Regelzweiges 13 ohne Leistung des Antriebes 2 möglich ist.
-
Durch die Erfindung ergeben sich die folgenden Vorteile hinsichtlich Betriebsbereich, Wirkungsgrad und Ertrag sowie Kosteneinsparung:
- 1. Betriebsbereich:
- - Der konstruktive Aufbau des Überlagerungsgetriebes 10 zwischen Überlagerungsgetriebe 10 und Antrieb 2 einschließlich des Verfahrens ermöglicht das Betreiben der Arbeitsmaschine 3 über den gesamten Betriebs- / Drehzahlbereich. Lastabhängige Anforderungen der Anlage können problemlos angefahren werden.
- - Der konstruktive Aufbau des Überlagerungsgetriebes 10 ermöglicht darüber hinaus durch den motorischen Betrieb der Regelmaschinen 14 im Überlagerungsgetriebe 10 mit einer Feststellung im Eingangszweig 11 bzw. im Antrieb 2 das Betreiben der Arbeitsmaschine 3 im unteren Leistungsbereich ohne Leistung des Antriebs 2. Die Notwendigkeit für eine zusätzliche Starteinrichtung 5, wie in Kraftwerken für Turbinenantriebe von Kesselspeisepumpen, kann entfallen.
- 2. Wirkungsgrad und Ertrag:
- - Das Überlagerungsgetriebe 10 ermöglicht den Betrieb des Antriebes 2 in einer optimalen Drehzahl bzw. einem optimalen Drehzahlbereich mit höchstem Wirkungsgrad des Antriebes 2. Somit können zweistellige Wirkungsgradverbesserungen im Teillastbereich beim Einsatz von Turbinen als Antrieb 2 erzielt werden.
- - Der konstruktive Aufbau des Überlagerungsgetriebes 10 ermöglicht für Arbeitsmaschinen 3, wie bspw. schnelllaufende Gebläse, Pumpen und Kompressoren, einen Regelenergiebedarf im Regelzweig 13 kleiner als 30%, bevorzugt kleiner als 25%, bezogen auf die Nennleistung des Antriebstrangs 1, wodurch ein maximaler Wirkungsgrad des Antriebstrangs 1 auch im Teillastbereich erzielt wird.
- 3. Verringerung der Kosten:
- - Durch das Feststellen des Eingangszweigs 11 durch eine Bremseinrichtung 19 des Überlagerungsgetriebes 10 oder durch eine Feststelleinrichtung 18 des Antriebes 2 oder durch den Anrieb 2 selber, kann ein Hochlauf der Arbeitsmaschine 3 ohne Leistung des Antriebes 2 erfolgen, wodurch die Einsparung einer Starteinrichtung 5 mit zusätzlichem Antrieb 8, Getriebe 7 und zusätzlicher Arbeitsmaschine 6 ermöglicht wird.
- - Durch den topologisch konstruktiven Aufbau des Überlagerungsgetriebes 10 und den daraus resultierenden niedrigen Leistungsfluss im Regelzweig 13 können Standardmotoren und Standardfrequenzumrichter mit kleiner Leistung bevorzugt kleiner als 30% oder kleiner gleich 25% bezogen auf die Nennleistung des Antriebsstrangs 1 auf Niederspannungsebene eingesetzt werden.
- - Der topologisch konstruktive Aufbau des Überlagerungsgetriebes 10 im drehzahlvariablen Antriebsstrang 1 weist eine höhere Leistungsdichte gegenüber üblichen hochübersetzenden Getrieben mit Frequenzumrichtern dieser Leistungsklasse auf und führt zur Reduzierung von Material und Bauraumvolumen.
